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第一章 教学资源

1.实验的安全和意外事故处理
（1）实验安全
● 防止火灾
化学药品中有很多是易燃物，在使用时若不注意可能酿成火灾。所以，对易燃物：① 必须妥善保管，放在专柜中，远离火源。易燃品、强氧化剂、钾、钠、钙等强还原剂要妥善保管；② 使用易挥发可燃物如乙醇、乙醚、汽油等应防止蒸气逸散，添加易燃品一定要远离火源；③ 进行加热或燃烧实验时要严格操作规程和仪器选用，如蒸馏时要用冷凝器等；④ 易燃物质用后若有剩余，决不能随意丢弃，如残留的金属钠应用乙醇处理，白磷应放在冷水中浸泡等。
另外，实验室必须配备各种灭火器材（酸碱灭火器、四氯化碳灭火器、粉末灭火器、沙子、石棉布、水桶等）并装有消防龙头。实验室电器要经常检修，防止电火花、短路、超负载等引发火灾。
在使用酒精灯时，一定要注意：① 不能用燃着的酒精灯去点燃另一盏酒精灯；② 不能用嘴吹灭酒精灯；③ 不能向燃着的酒精灯中添加酒精；④ 灯壶内的酒精不能超过容积的2/3等。
● 灭火
如果不慎在实验室发生火灾，应立即采取以下措施：
① 防止火势扩展：移走可燃物，切断电源，停止通风。② 扑灭火源：酒精等有机溶剂泼洒在桌面上着火燃烧，用湿布、石棉或沙子盖灭，火势大可以用灭火器扑灭。小范围的有机物、钾、钠、白磷等化学物质着火可用沙盖灭。③ 常用灭火器的种类和使用范围见下表：
类  型
药液成分
适用灭火对象
酸碱式
H2SO4和NaHCO3
非油类、电器
泡沫式
Al2(SO4)3和NaHCO3
油类
CO2灭火器
液态CO2电
器、小范围油类、忌水的化学品
四氯化碳
液态四氯化碳
电器、汽油、丙酮。不能用于钾、钠、电石、CS2
干粉灭火器
NaHCO3等类，适量润滑剂、防潮剂
油类、可燃气体、精密仪器、图书文件等
扑救化学火灾注意事项：
① 与水发生剧烈反应的化学药品不能用水扑救，如钾、钠、钙粉、镁粉、铝粉、电石、PCl3、PCl5、过氧化钠、过氧化钡、磷化钙等，它们与水反应放出氢气、氧气等将引起更大火灾。
② 比水密度小的有机溶剂，如苯、石油等烃类、醇、醚、酮、酯类等着火，不能用水扑灭，否则会扩大燃烧面积；比水密度大且不溶于水的有机溶剂，如二硫化碳等着火，可用水扑灭，也可用泡沫灭火器、二氧化碳灭火器扑灭。
③ 反应器内的燃烧，如是敞口器皿可用石棉布盖灭。蒸馏加热时，如因冷凝效果不好，易燃蒸气在冷凝器顶端燃着，绝对不可用塞子或其他物件堵塞冷凝管口，应先停止加热，再行扑救，以防爆炸。
● 防止爆炸
各种可燃气体与空气混合都有一定的爆炸极限，点燃气体前，一定要先检验气体的纯度。特别是氢气，在点燃氢气或加热与氢气反应的物质前，都必须检验其纯度。
● 防止倒吸引起爆裂
加热制备气体并将气体通入溶液中的实验，要防止因反应容器内压强锐减而造成液体倒吸入热的反应容器内。玻璃的膨胀系数比较小，冷热不均会造成玻璃容器爆裂，甚至溅伤实验人员。为此，要注意以下几点：① 加热尽可能均匀；② 在反应容器后加一个安全瓶；③ 用倒扣漏斗等方法吸收易溶于水的气体；④ 实验结束前先从溶液中撤出导管再停止加热。
● 防止有害气体污染空气
有毒气体如Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2等酸性气体，用强碱溶液吸收（通常用浓NaOH溶液）；CO点燃除掉；NO先与足量空气混合后再通入碱溶液中；H2和其他可燃性气体，如气态烃虽无毒性，但弥散在空气中有着火或爆炸的危险，应当点燃除掉；NH3用浓硫酸吸收；制备有毒气体的实验应在通风橱内进行。
● 防止暴沸
加热有机物时，由于它们的沸点一般比较低，一旦温度过高，液体局部过热，会形成暴沸现象，反应溶液甚至冲开橡皮塞溅伤实验者，所以，在反应容器中要放一些碎瓷片。
● 严格按照实验规程进行操作
药品用量要尽可能少，如金属钾与水反应，钾的用量控制为绿豆般大小。用量过大，反应十分激烈会引起燃烧甚至爆炸。烧瓶内反应溶液的体积一般不宜超过瓶容积的一半，以防冲出瓶外。加热应控制在规定的温度范围内，特别是有机反应，如酯的制备要用小火加热等。易燃试剂在实验时远离热源；取用试剂后及时塞好瓶塞；稀释浓硫酸一定要将浓硫酸沿器壁慢慢倒入水中并不断搅拌。闻气体的气味时要用手轻轻扇动，让极少量气体飘进鼻孔等。
（2）意外事故的处理方法
● 创伤急救
用药棉或纱布把伤口清理干净，若有碎玻璃片要小心除去，用双氧水擦洗或涂红汞水，也可涂碘酒（红汞与碘酒不可同时使用），再用创可贴外敷。
● 烫伤和烧伤的急救
可用药棉浸75%～95%的酒精轻涂伤处，也可用3%～5%的KMnO4溶液轻擦伤处到皮肤变棕色，再涂烫伤药膏。
● 眼睛的化学灼伤
应立即用大量流水冲洗，边洗边眨眼睛。如为碱灼伤，再用20%的硼酸溶液淋洗；若为酸灼伤，则用3%的NaHCO3溶液淋洗。
● 浓酸和浓碱等强腐蚀性药品
使用时应特别小心，防止皮肤或衣物被腐蚀。如果酸（或碱）流在实验桌上，立即用NaHCO3溶液（或稀醋酸）中和，然后用水冲洗，再用抹布擦干。如果只有少量酸或碱液滴到实验桌上，立即用湿抹布擦净，再用水冲洗抹布。
如果不慎将酸沾到皮肤或衣物上，立即用较多的水冲洗，再用3%～5%的NaHCO3溶液冲洗。如果是碱溶液沾到皮肤上，要用较多的水冲洗，再涂上硼酸溶液。
● 其他化学灼伤的急救
溴：用1体积氨水+1体积松节油+10体积乙醇混合处理。
磷：先用5%的CuSO4溶液洗，再用1 g/L的KMnO4溶液湿敷。
苯酚：先用大量水洗，再用乙醇擦洗，最后用肥皂水、清水洗涤。
（3）妥善处理实验后的废液和废渣
化学实验的废液大多数是有害或有毒的，不能直接排到下水管道中，可先用废液缸收集储存，以后再集中处理。但一些能相互反应产生有毒物质的废液不能随意混合，如强氧化剂与盐酸、硫化物、易燃物，硝酸盐和硫酸，有机物与过氧化物，磷和强碱（产生PH3），亚硝酸盐和强酸（产生HNO2），MnO2、KMnO4、KClO3等不能与浓盐酸混合；挥发性酸与不挥发性酸等。
常见废液的处理方法见下表：
废  液
处理方法
注意事项
酸或碱
中和法
分别收集，混合无危险时将废酸、废碱混合
氧化剂
还原剂
氧化还原法
分别收集，查明废液化学性质，将一种废液分次少量加入另一种废液中
含重金属离子的废液
氢氧化物沉淀法，硫化物共沉淀法
用过滤或倾析法将沉淀分离，滤液不含重金属离子后再排放
含Ba2+
沉淀法
加入Na2SO4溶液，过滤，除去沉淀即可排放
有机物
焚烧法，有机溶剂萃取回收利用
生成水、CO2等不污染环境
用溶剂萃取，分液后回收利用
固体残渣往往有一些重金属盐，对水体和土壤会造成污染，要处理（一般变成难溶的氧化物或氢氧化物）后集中掩埋。汞不慎撒落地面时，要先用硫黄覆盖，使其化合为硫化汞后扫除并妥善掩埋。用剩下的钠、钾、白磷等易燃物，氧化剂KMnO4、KClO3、Na2O2等，易挥发的有机物等不可随便丢弃，防止着火事件发生。有毒物质用剩后不可随意乱扔。
（资料1摘编自《化学中的探索──发现式实验手册》，高华；《高三化学实验》，孙雪冰、宋国建）
2.几种分离和提纯方法

分离和提纯方法
过  程
应用实例
倾析
从液体中分离密度较大且不溶的固体
分离沙和水
过滤
从液体中分离不溶的固体
净化食用水
溶解和过滤
分离两种固体，一种能溶于某溶剂，另一种则不溶
分离盐和沙
离心分离法
从液体中分离不溶的固体
分离泥和水
结晶法
从溶液中分离已溶解的溶质
从海水中提取食盐
分液
分离两种不互溶的液体
分离油和水
萃取
加入适当溶剂把混合物中某成分溶解及分离
用庚烷提取水溶液中的碘
蒸馏
从溶液中分离溶剂和非挥发性溶质
从海水中取得纯水
分馏
分离两种互溶而沸点差别较大的液体
从液态空气中分离氧和氮； 石油的精炼
升华
分离两种固体，其中只有一种可以升华
分离碘和沙
吸附
除去混合物中的气态或固态杂质
用活性炭除去黄糖中的有色杂质
色层分析法
分离溶液中的溶质
分离黑色墨水中不同颜色的物质
3.物质的量的单位──摩尔
摩尔一词来源于拉丁文moles，原意为大量和堆集。早在20世纪40至50年代，就曾在欧美的化学教科书中作为克分子量的符号。1961年，化学家E.A.Guggenheim将摩尔称为“化学家的物质的量”，并阐述了它的涵义。同年，在美国《化学教育》杂志上展开了热烈的讨论，大多数化学家发表文章表示赞同使用摩尔。1971年，在由41个国家参加的第14届国际计量大会上，正式宣布了国际纯粹和应用化学联合会、国际纯粹和应用物理联合会和国际标准化组织关于必须定义一个物质的量的单位的提议，并作出了决议。从此，“物质的量”就成为了国际单位制中的一个基本物理量。摩尔是由克分子发展而来的，起着统一克分子、克原子、克离子、克当量等许多概念的作用，同时把物理上的光子、电子及其他粒子群等“物质的量”也概括在内，使在物理和化学中计算“物质的量”有了一个统一的单位。
第14届国际计量大会批准的摩尔的定义为：
（1）摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的基本单元数与0.012 kg 12C的原子数目相等。
（2）在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合。
根据摩尔的定义，12 g 12C中所含的碳原子数目就是1 mol，即摩尔这个单位是以12 g 12C中所含原子的个数为标准，来衡量其他物质中所含基本单元数目的多少。
摩尔跟其他的基本计量单位一样，也有它的倍数单位。
1 Mmol=1 000 kmol
1 kmol=1 000 mol
1 mol=1 000 mmol
那么，什么样的特定组合才符合摩尔定义中所规定的基本单元的涵义呢？
凡是物质系统中能以化学式表示，同时又可以计数的特定组合都可以计量它的物质的量。国际纯粹和应用化学联合会于1979年出版的“物理化学量和单位的符号与术语手册”（第二次修订本）中对摩尔的应用示例作了重要的增补，即：
1 mol HgCl                      其质量为 236.04 g
1 mol Hg2Cl2                    其质量为 472.08 g
1 mol Hg22+                     其质量为 401.8 g，带有192.97 kC的电量
1 mol Ca2+                    其质量为 20.04 g，带有96.49 kC的电量
1 mol e-                        其质量为 548.60 μg，带有-96.49 kC的电量
1 mol某种混合物，其组分的摩尔分数（x）为：
x(N2)=0.780 9
x(O2)=0.209 5
x(Ar)=0.009 3
x(CO2)=0.000 3
具有的质量为28.964 g。
1 mol频率为1014 Hz的光子，具有39.90 kJ的能量。
4.在使用摩尔时，为什么必须指明粒子的种类
摩［尔］是微观粒子的计量单位，它所量度的对象是构成物质的基本粒子（如原子、分子、离子、电子等）或是它们的特定组合。即凡是可以使用化学式表示的微观粒子或它们的特定组合，都可以使用摩［尔］来量度。因此，在使用摩［尔］时，必须要指明所量度的微观粒子的名称或微观粒子特定组合的名称。在表示所量度的微观粒子的名称或微观粒子特定组合的名称时，必须要使用名称的符号，而不能使用中文。例如，说1 mol氢，概念就模糊了，是毫无意义的，违反了物质的量的单位的使用规则。因为氢是元素的名称，不是粒子的名称，也不是粒子的符号或化学式。
5.国际单位制简介
在日常生活、工农业生产和科学研究中，经常要使用一些物理量来表示物质及其运动的多少、大小、强度等。例如，1 m布、2 kg糖、30 s等等。有了米、千克这样的计量单位，就能表达这些东西的数量。但是，由于世界各国、各民族的文化发展的不同，往往会形成各自的单位制，如英国的英制、法国的米制等。因而使得同一个物理量常用不同的单位来表示。例如，压强的单位有千克/平方厘米、磅/平方英寸、标准大气压、毫米汞柱、巴、托等多种。这样多的单位在换算过程中很容易出现差错，这对于国际科学技术的交流和商业往来是非常不方便的。因此，就有了实行统一标准的必要。
1960年以来，国际计量会议以米、千克、秒制为基础，制定了国际单位制（简称SI）。国际单位制是在米制基础上发展起来的，于1960年第11届国际计量大会通过。目前已有80多个国家宣布采用国际单位制，工业比较发达的国家几乎全部采用了国际单位制。1977年5月，我国国务院颁布了《中华人民共和国计量管理条例（试行）》，并在第三条中明确规定“我国的基本计量制是米制（即公制），逐步采用国际单位制”。1981年4月，经国务院批准颁发了《中华人民共和国计量单位名称与符号方案（试行）》，要求在全国各地试行。
经过多次的增补，现在的国际单位制由下列部分组成：

国际单位制的主要优点在于它的统一性。它不仅是一个统一的单位制，有利于国际交流，而且还表现在每一个物理量只用一个单位来表示。例如，不论是机械能、电能、热能、化学能或是原子能，只要是能量就都可以用焦［尔］（符号是J）来表示。国际单位制的另一个优点就是它能够分清质量、力和重量的关系。它采用牛［顿］作为力的单位，其他有关力的单位，如压强、重量等，则都是由牛［顿］导出的。
下表列出一些用SI单位表示的在中学常用的物理量：
物理量名称
符号
SI单位数值
元电荷
阿伏加德罗常数
电子［静］质量
质子［静］质量
中子［静］质量
法拉第常数
摩尔气体常数
标准状况时压强和温度
标准状况时气体摩尔体积
e
NA
me
mp
ma
F
R
P、T
Vm,o
1.602 177 33×10-19 C
6.022 136 7×1023 mol-1
9.109 389 7×10-31 kg
1.672 623 1×10-27 kg
1.674 928 6×10-27 kg
9.648 530 9×104 C·mol-1
8.314 510 J·mol-1·K-1
101.325 kPa、273.15 K
0.022 414 10 m3·mol-1
6.SI单位的倍数单位
（1）SI单位的倍数单位根据使用方便的原则选取。通过适当的选择，可使数值处于实用范围内。
（2）倍数单位的选取，一般应使量的数值处于0.1～1 000之间。
例1：1.2×104 g可写成12 kg
例2：0.003 94 mol可写成3.94 mmol
例3：1 401 Pa可写成1.401 kPa
例4：3.1×10-8 m可写成31 nm
（3）组合单位的倍数单位一般只用一个词头，并尽量用于组合单位中的第一个单位。
通过相乘构成的组合单位的词头通常加在第一个单位之前。
例如：力矩的单位kN·m，不宜写成N·km。
通过相除构成的组合单位，或通过相乘和除构成的组合单位，其词头一般都应加在分子的第一个单位之前，分母中一般不用词头，但质量单位kg在分母中时例外。
例1：摩尔热力学能的单位kJ/mol，不宜写成J/mmol。
例2：质量能单位可以是kJ/kg。
当组合单位分母是长度、面积和体积单位时，分母中可以选用某些词头构成倍数单位。
例如：体积质量的单位可以选用g/cm3。
一般不在组合单位的分子分母中同时采用词头。
因数
词头名称 
符号
英文
中文
106
mega
兆 
M 
103
kilo
千
k
102
hecto 
百 
h 
101 
deca
十
da
10-1
deci
分
d
10-2 
centi
厘  
c
10-3
milli
毫
m
10-6 
micro
微
μ
10-9 
nano
纳［诺］
n 
10-12 
pico
皮［可］
p
10-15 
femto
飞［母托］
f